Energieeffizienz in Produktionsbetrieben aktuelle Erkenntnisse und Entwicklungen. 2. Kamingespräch Energie- und Rohstoffeffizienz Linz, 26.2.

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1 Energieeffizienz in Produktionsbetrieben aktuelle Erkenntnisse und Entwicklungen 2. Kamingespräch Energie- und Rohstoffeffizienz Linz,

2 Inhalt Rahmenbedingungen Forschungsansätze Beispiele für Lösungen

3 Preis [ ] Rahmenbedingungen Energiekonsum der produzierenden Industrie: 2,1% 23,9% 28,7% 12,4% Agriculture Landwirtschaft Manufacturing Produktion Transport Service Sector Dienstleistungssektor Steigende Energiekosten 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Heizöl schwer (Industrie)/kWh) Steinkohle (Industrie)/kWh Naturgas (Industrie)/kWh Elektrischer Strom (Industrie)/kWh 32,9% (Quelle: Private Haushalte Households Potential für Reduktionen: 30 65% abhängig vom Sektor Steigendes ökologisches Bewusstsein Entscheidungskriterien beim Computerkauf 2013: Preis für 77% der Deutschen Niedriger Stromverbrauch 50% der Deutschen Ressourcenschonende Herstellung für 19% der Deutschen Quelle: Strengere Regularien EU Richtlinie 2012/27/EU Bundesenergieeffizienzgesetz ISO Wesentliche Energieaspekte ermitteln Managementbewertung Act Energiepolitik Energieziele Planung Kontinuierliche Verbesserung Überprüfung Korrektur- und Vorbeugemaßn. Plan (Quelle: Einführung und Umsetzung Check ISO Do 3

4 Rahmenbedingungen Golf 1,4 TSI: Emissionen in Höhe von 31 Tonnen CO2-Äquivalenten Verwertung 0.4% Herstellung 17,2% Kraftstoff 67.3% Kraftstoffbereitstellung 15.1% Quelle: /content/medialib/vwd4/de /Volkswagen/Nachhaltigk eit/service/download/umw eltpraedikate/golf_umwelt praedikatd/_jcr_content/re nditions/rendition.file/umw eltpraedikate_par_0022_fi le.pdf Ressourceneinsatz bei Toyota Quelle: 4

5 Inhalt Rahmenbedingungen Forschungsansätze Beispiele für Lösungen

6 EPSRC Centre for Industrial Sustainability Forschungszentrum des Engineering and Physical Sciences Research Council Univ. of Cambridge, Loughborough Univ., Cranfield Univ., Imperial College Towards a sustainable industrial system Recommendations for researchers [Auszug]: Develop the new field of 'design of sustainable industrial systems' Work with local industry on problem-solving projects, preferably with other disciplines and preferably with ambitious targets for improvement, that cover the whole industrial process Build tools to help industry calculate what the best performance of a whole system might be Quelle: 6

7 Projekt INFO Interdisziplinäre Forschung zur Energieoptimierung in Produktionsbetrieben TU Wien Prozess Maschine Produktionssystem Gebäude Energiesystem Analyse Modellierung Optimierung Integrierte Simulation... für die Energieoptimierung von Fertigungsbetrieben... zur Erreichung ökonomischer und ökologischer Ziele 7

8 Projekt eta-fabrik TU Darmstadt Quelle: 8

9 Projekt EMC² - Factory Eco Manufactured Transportation Means from Clean and Competitive Factory EU Projekt, 17 Partner aus 9 Ländern Energie- und ressourceneffiziente Prozesstechnologien Innovative Produktionsplanungs- und Kontrollsysteme und effiziente Prozesskontrollsysteme Methoden und Werkzeuge für Planung, Optimierung und Lebenszyklus-Evaluation als Unterstützung für Design und Management von Eco-Factories (z.b. Simulation, decision support tools) Entwicklung eines neuen holistischen Ansatzes für Eco-Factories Quelle: Factory_flyer_szss7b.pdf 9

10 Gebäude Energiesystem Produktionsanlagen Produktionsmanagement & Logistik Optimierungssysteme Forschungsvorhaben Das Projekt BALANCED MANUFACTURING zielt auf die Entwicklung einer simulations- basierten Methodik für Monitoring, Vorhersage und Optimierung von Ressourcenbedarf in der industriellen Produktion mit den Erfolgsfaktoren Zeit, Geld und Qualität. BaMa IKT TU Wien

11 Tendenzen Wettbewerbsfähigkeit Prozessoptimierung Lebenszyklus Orientierung Holistische bzw. integrative Ansätze Entwicklung von Planungs- und Steuerungstools Einbindung in Netzwerke 11

12 Inhalt Rahmenbedingungen Forschungsansätze Beispiele für Lösungen

13 Prozessoptimierung 31x Bohren Werkzeug im Eingriff Anfahrweg 60mm 31-mal Anfahren des Bohrers an das Werkstück mit Arbeitsvorschub Bewegung mit Eilgang bringt Zeitersparnis Sicherheitsebene auf 10mm gesetzt 36 Prozent Zeit- und Energieersparnis 13

14 Energie [kwh] Kosten [ ] Lebenszykluskosten-Analyse LCC-Analyse von Linearantrieben Beispiel: Richtung vertikal Last 10kg Anzahl Hübe 500 Hübe/Stunde Hubzeit 4s 3-Schicht-Betrieb (keine Pausen) 5000 Energieverbrauch pro Jahr BREAK EVEN POINT Hübe Tag (Beginn ) Schnittpunkt DGC EGC Schnittpunkt DGCI EGC Gesamtkosten über Zeit (Beginn ) DGC EGC DGCI Datum DGC [ ] EGC [ ] DGCI [ ] 14

15 Holistische Betrachtung: Gebäude Luftwechsel [h -1 ] Sommer Winter Tag Nacht T/N S nein S nein S ,5 0.2 nein S nein S nein Beleuchtungsregelung Verschattungsregelung S nein nein S ja nein S nein ja S ja ja Szenario S9 Reduktion der ben. Heizenergie um 50% Reduktion der ben. Kühlenergie um 20% im Vergleich zu Szenario S1 15

16 Kosten Planungswerkzeuge Einsatz integraler Planungswerkzeuge in früher Projektphase Kostenverlauf konventionelle Planung Handlungsspielraum Kostenverlauf integrale Planung Initiierung Planung Ausführung Nutzung Verwertung 16

17 Integrierter Planungsansatz Aufbau der Modellinstanz Beispiel Unternehmen: Metallverarbeitung, ca. 500 MA, ca. 50 Mio /Jahr Umsatz Gebäude Optimierte Fassade optimierter Luftwechsel Produktion Optimierte Betriebsführung Abwärmerückgewinnung Energiesystem Szenario 1 Photovoltaik und Solarthermie Blockheizkraftwerk (Erdgas) Absorptionskältemaschine Modellierungsziele: Planung einer neu zu errichtenden Anlage Vergleich von Energiesystemen Lebenszykluskosten-Benefit Analyse Abschätzung von Potential von Energieeffizienzmaßnahmen Szenario 2 Photovoltaik und Solarthermie Fernwärme Kompressionskältemaschine Szenario 3 Photovoltaik und Solarthermie Grundwasserbrunnen + Wärmepumpe 17

18 Energie in kwh CO 2 -Emissionen in to Energie in kwh Integrierter Ansatz Primärenergiebedarf Endenergiebedarf Var 1 Var 2 Var 3 Alt Var 1 Var 2 Var 3 Alt Von aussen bezogene Fernwaerme Von außen bezogenes Gas Elektrische Arbeit von PV produziert Von aussen bezogene elektr. Arbeit Einspeisung Elektr. Arbeit ans Netz Einsparungspotential über Gebäudelebenszyklus von 30 Jahren: Variante 2 zu Variante 1: 14 Mio. Variante 3 zu Variante 1: 18 Mio. CO2 Emissionen in to Var 1 Var 2 Var 3 Alt 18

19 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Potentiale durch integrierte Steuerungstools Beispiel: Fabrik in kleiner Halle mit einer Schweißlinie. Auftrag: 4 Produkte (A, B, C, D) jeweils 1 Stück Simulationstag: 5. August (Tageshöchsttemp: ca. 35 C) Innentemperatur: 22 C Kosten: Personal (schichtabhängig), Strom (Tag/Nacht) Kosten Plan 1 Plan 2 Personal Strom 438,7 399,9 Gesamt 966,7 921,9 4,6 % Kostenreduktion A B C D C D A B 600,0 Maschinenleistung [kw] 600,0 Maschinenleistung [kw] 400,0 400,0 200,0 200,0 0,0 0,0 Kühlleistungsbedarf (Elektrizität) [kw] Kühlleistungsbedarf (Elektrizität) [kw] 8,0 8,0 6,0 6,0 4,0 4,0 2,0 2,0 0,0 0,0

20 EPSRC Vorschläge für Industrie und Politik Towards a sustainable industrial system Recommendations for industrialists [Auszug]: Find out what is possible today without radical change and implement this quickly don t be content with less than 10% improvement. Identify your largest two to four environmental impacts and engage with existing communities and universities who might know how to tackle these. Recommendations for policy makers [Auszug]: Understand what the current best-in-class performance is for all products and systems, so that we know how near (or far) the majority of products and systems are from this. Ensure that the full energy and resource shadow for all products and services are available to producers and consumers. Quelle: 20

21 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! DI Ines Leobner Institut für Energietechnik und Thermodynamik Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Tel.: ines.leobner@tuwien.ac.at Unter Mitwirkung von: DI Fabian Dür, DI Farhang Akhavei, DI Martin Obermaier Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik